CN103012682B

CN103012682B - 利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法

Info

Publication number: CN103012682B
Application number: CN201210542369.6A
Authority: CN
Inventors: 俞洁; 杨格格; 陆泉芳; 杨武; 陆宗芳
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN103012682A

Abstract

本发明提供了一种利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法，属于复合材料领域。该方法以羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸为原料，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中利用辉光放电电解等离子体引发聚合，一步制得羧甲基纤维素钠/聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸）共聚物复合保水材料，具有很好的吸水性能、保水性能、耐热性能和耐盐性能，而且吸水速率较快，适合沙漠化地区短时降雨的快速吸收，因而是一种性能优异的沙漠抗旱保水复合材料。另外，本发明原料易得，制备工艺简单，合成成本低；不需加引发剂，避免了引发剂带来的二次污染。

Description

利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种复合保水材料的制备方法，尤其涉及一种利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法。

背景技术

长期以来，我国北方大部分地区的农牧业生产在很大程度上受水资源短缺的严重制约，加之降雨量少而蒸发量大的气候条件使该地区的生产、生活长期遭受干旱的困扰，尤其近年来冬春出现历史罕见的特大旱灾更为严重。持续干旱将导致土地沙化、人畜饮水困难、粮食减产等一系列巨大的生态环境恶化和经济损失等严重后果。据统计，我国干旱、半干旱地区约占国土面积的51%，土地荒漠化面积每年以2 460 km² 的速度扩展，森林覆盖率仅为13.92%，而干旱地区植树成活率仅为10%～30%，半干旱地区的为30%～50%，与国家植树造林成活率须达85%以上的要求差距甚远。再者，我国是世界上沙漠化面积较大、危害较严重的国家之一。沙漠及沙漠化土地面积达149 万km², 其中沙漠化土地面积达33.4 万km²。全国每年因沙漠化危害造成的直接经济损失约540 亿元人民币，这给工农业生产、人民生活及人体健康带来了严重的影响。

沙漠化已成为我国当前最为严重的生态环境问题之一，为此，许多学者对于沙漠化的防治和治理进行了相关研究，现今比较成熟的固沙方式有3种：工程固沙、植物（生物）固沙和化学固沙。由于前两种方法不仅费时、费力，而且需要消耗大量资金，所以化学固沙成为国内外学者研究的热点。化学固沙包含沙地固结和吸水保水两方面，其中施用保水材料可以显著提高土壤的持水能力、抑制土壤水分的无效损耗，提高水资源利用效率，在农业、林业、水利等领域发挥抗旱保苗、增产增收、改良土壤、水土保持、防风固沙、沙漠绿化等多种功能。因而，开发高吸水保水材料对促进我国农业发展，改善生态环境，实施可持续性发展战略具有重要意义。

保水材料是一种含有大量-OH、-COOH、-NH₂等强亲水性基团并具有交联密度低、吸水力强的新型功能高分子材料。保水材料可以吸收自身重量数百乃至上千倍的水，吸水后即使在外力作用下也不容易脱水或者很少脱水，但当土壤干旱缺水时，又可缓慢释放出所吸收的水分供植物生长发育。同时，保水材料是土壤的良好胶结剂，能够改善土壤结构，促进土壤团粒的形成，有土壤微型水库之称，从而达到蓄水保墒的目的。20世纪60年代，美国农业部首先利用玉米制成淀粉接枝聚丙烯类保水材料，作为“改善水分状况的重要工具”在西部干旱地区推广应用，并取得了良好的效果。20世纪70年代以来，保水剂的研究与应用日益普及，日本在沙漠绿化、英国在水土保持、法国在土壤改良、俄罗斯在节水农业等方面的应用都取得了明显效果。我国从20世纪80年代开始研制和应用保水剂，现已在60多种作物上试验示范，应用面积超过7 万hm²，取得较好效果。

当前，保水材料的主流产品是丙烯酸类聚合物，突出的吸水保水能力（一般为300~1500 g/g）使它在农林业中也得到了一定的应用。但有报道，土壤微生物难以降解丙烯酸类高吸水保水聚合物，如果大面积推广应用，对生态环境的长远影响还需要认真评估，且该类保水剂在沙漠化地区推广应用的主要问题是耐盐性太差，沙漠化地区由于水分蒸发强度高，土壤及地下水含盐量较高，保水剂的保水效果大打折扣。再者，此类保水剂价格比较昂贵。因此，有必要根据沙漠化地区的水质条件，开发耐盐性较高的保水剂产品。而基于天然高分子的淀粉系和纤维素系高吸水材料在生物降解方面具有显而易见的优势，尤其是纤维素类倍受研究人员的青睐，因为该类保水材料具有原料来源丰富、价格低廉，且与淀粉类保水材料相比具有凝胶强度高、可生物降解、无毒性、较强的抗盐性、可再生性、便宜易得等优点。而且，在石油资源日趋枯竭的今天，将纤维素应用于接枝共聚制备高吸水保水剂这一环境功能材料有着重要的环保意义和经济意义。所以开展纤维素系吸水保水剂的研究有重要的现实意义。

迄今为止，纤维素基保水材料的主要制备方法有化学引发、辐射引发以及光引发，近来也出现了一些关于微波引发的报道。一般来说，化学引发由于工艺复杂，且加入了化学试剂而产生二次污染；光引发和辐射引发虽然污染少，但装置成本相对高，能耗大，后处理繁琐，极大地限制了保水材料的进一步推广使用。

辉光放电电解是一种新型的产生等离子体的电化学方法，产生的等离子体属非平衡低温等离子体。辉光放电电解过程中发生的现象与普通电解明显不同，Hickling等提出水溶液中辉光放电电解所引发的化学反应为：

H₂O⁺ _gas + nH₂O → nOH? + nH?

H?+H?→ H₂

?OH + ?OH → H₂O₂

?OH + H₂O₂ → HO₂? + H₂O

?OH + HO₂? → H₂O+O₂

H? + ?OH → H₂O

研究表明，辉光放电电解最显著的特征是非法拉第特性（电压大于320 V，产物产额与法拉第定律严重偏离），即被转化的物质的量大大超过了按法拉第电量计算所得的值。如Sengupta等用Ce³⁺作·OH捕获剂研究辉光放电电解时得出每通过1 mol电子在液相反应区生成约12 mol的·OH，远超过了按法拉第定律计算的产量。由于·OH具有很高的活性，可以和水溶液中CMC分子链上的羟基以及AMPS和AA的双键反应形成自由基，最终在交联剂作用下得到CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种利用辉光放电电解等离子体引发合成耐盐性复合保水材料的方法。

本发明利用辉光放电电解等离子体引发合成耐盐性复合保水材料的方法，是以羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸为原料，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中利用辉光放电电解等离子体引发聚合，得到果冻状交联产物；用水、乙醇洗涤除去未反应的单体，干燥，粉碎，得到乳白色复合保水材料——羧甲基纤维素钠/聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸）共聚物复合保水材料。其具体合成工艺如下：

将羧甲基纤维素钠分散于其质量70~80倍的水中，加热到80~90 ℃，糊化30 min~60 min；降温至室温，加入羧甲基纤维素钠质量、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，丙烯酸及交联剂，继续搅拌20~30 min；升温到60~ 90℃，在500 ~600 V的电压下进行辉光放电5~10 min；停止放电，继续搅拌3~5 h后，冷却至室温，得到果冻状交联产物；用水、乙醇洗涤除去未反应的单体，干燥，粉碎，得到乳白色复合保水材料。

所述羧甲基纤维素钠与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1:1.5~1:3.0。

所述羧甲基纤维素钠与丙烯酸的质量比为1:6~1:10。

所述交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸总质量0.3%~1%。

所述干燥是在50~70 ℃下真空干燥。

反应过程中搅拌速度为90~120 r/min。

下面通过扫描电镜、红外光谱、热重分析、吸水性测试、耐盐性测试，对本发明制备的复合保水材料的结构、性能进行分析说明。

1、形貌特征

图1为复合保水材料吸水前（a）、吸蒸馏水后（b）和0.1 mol/L NaCl溶液中吸盐水后（c）的照片。吸水前干复合保水材料为乳白色固体；吸蒸馏水后复合保水材料变为无色透明的果冻状，室温下吸水率大约为2100 g/g。在0.1 mol/L NaCl中，吸NaCl溶液的量约为120 g/g，机械性能和耐盐性能良好。

2、扫描电镜测试

图2为CMC/P(AA-co-AMPS)复合保水材料的扫描电镜(SEM)。从图2可以看出，吸水前的复合保水材料为褶皱式表面，且存在深浅不均匀的沟壑、孔洞和凹槽。这种结构加大了表面积，有利于水分子扩散进入保水材料内部，从而增大了复合保水材料的吸水能力。

3、红外测试

图3为CMC（a）、P(AMPS-co-AA)（b）和CMC/P(AMPS-co-AA)（c）的红外光谱图。a中3447 cm^-1处为-OH的伸缩振动峰；在2923 cm^-1处为-CH伸缩振动；1601和1420 cm^-1处为-COO^-的不对称和对称伸缩振动吸收峰；1024-1113 cm^-1处为纤维素醚键环结构C-O-C的伸缩振动峰。b中3441cm^-1处为-OH和-NH伸缩振动的叠加峰；2947 cm^-1处为-CH伸缩振动；1640 cm^-1为C=O伸缩振动吸收峰；1563和1410 cm^-1处为-COOH的不对称和对称伸缩振动吸收峰；1191和1048 cm^-1处为S=O的不对称和对称伸缩振动；630 cm^-1处为聚合物磺酸基团中S-O的伸缩振动。形成保水材料c后，3446 cm^-1处为-OH的伸缩振动；2951 cm^-1处为-CH伸缩振动；1645 cm^-1为酰胺键中C=O伸缩振动吸收峰；1560和1410 cm^-1处为-COO^-的不对称和对称伸缩振动吸收峰；1187 cm^-1处为S=O的不对称伸缩振动，1046 cm^-1处为S=O对称伸缩振动和纤维素醚键环结构C-O-C的伸缩振动峰的叠加；625 cm^-1处为聚合物中磺酸基团中S-O的伸缩振动。上述峰囊括了CMC、AA和AMPS官能团的特征吸收峰，由此说明合成了CMC/ P(AMPS-co-AA) 保水材料。

4、热重测试

图4为CMC、P(AMPS-co-AA)和CMC/P(AMPS-co-AA)的热重曲线。由图4可见，三种物质在200℃左右均有少量的失重，这是由吸收的自由水、束缚水以及少量的结构水缓慢失去所致。CMC/P(AMPS-co-AA) 的失重主要发生在372 ℃，失重率为34.5%，可能是保水材料中低聚物和聚合物的分解所致，800 ℃的灰分质量分数约为30.2%。纤维素失重主要发生在299 ℃，失重率为42%，意味着纤维素在高温作用下发生链断裂，生成挥发性裂解产物。372 ℃处失重率为58%，800 ℃的灰分质量分数约为33.6%。P(AMPS-co-AA)树脂的失重主要发生在365 ℃，失重率为37%，可能是树脂中聚合物的分解所致，372 ℃处失重率为45％，700 ℃无残留。比较三者的TG曲线可知，形成CMC/P(AMPS-co-AA)复合保水材料后，失重区的温度明显提高。由此可见，CMC和AMPS、AA之间发生了有效的化学作用，减缓了热量的传递和热降解产物的分解，提高了凝胶的热稳定性。

5、吸水动力学测试

用称重法测定保水材料的吸水率。测试方法为：准确称取一定质量的干保水材料于烧杯中，加入蒸馏水，使其吸水一定时间（5、10、15、20、20、40、50、60、70、80、90 min）后，过120目筛网滤除去多余的水，按下式计算吸水率：

式中，m ₀为吸水前干保水材料的质量(g)；m _t为蒸馏水中吸水一定时间后的质量(g)。

图5为CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料的吸水动力学曲线。从图5可以看出，在40 min内吸水速率很快，之后随着时间的增加吸水速率变慢，60 min后吸水速率基本趋于平稳，吸水率达2100 g/g左右，说明保水材料具有较快的吸水速率和较高的吸水率。

6、复合材料的保水性能测试

称取吸水饱和的吸水保水材料m ₀，分别在20、30、40、50 ℃下放置，以不同时刻保水材料的质量m _t与最初质量m ₀之比作为保水率R的指标进行保水能力测试。

计算公式为：R = (m _t /m ₀)×100%。

图6为CMC/P(AMPS-co-AA)复合保水材料的保水性能。从图6的实验结果可以看出，在30 ℃左右，放置60 h，复合保水材料的失水率在29%左右，说明该材料有很好的保水性；而且随着温度的升高，试样失水量显著增加。分析其原因是当环境温度升高，贮存在复合材料三维网状结构中的自由水加快了流动挥发，从而造成随温度升高，复合材料在刚开始失水量大。

另外，在高速离心机中以3000 r/min的速度离心60 min，失水率仅为10%左右，说明吸水后的保水材料不容易脱水或者很少脱水。

实验还测定了复合保水材料吸水饱和后在自然条件下蒸发情况，发现需20天左右，有效持续性强，释水速度较慢，而且加压也不易离析，具有很好的保水作用。

7、保水材料的温度敏感性

测试方法：准确称取5份相同质量的干保水材料于烧杯中，加入蒸馏水，在不同温度中吸水3 h后，过100目筛网滤除去多余的水，称重。按上述方法计算吸水率。

图7为保水材料吸水率随温度的变化曲线。从图7可以看出，随着温度从10℃增加到50 ℃, 吸水率先增大后减小，20℃左右吸水率最大。说明该复合保水材料具有温度敏感性：在低温下，保水材料的亲水性强，容易克服在崩塌态所形成的分子链间的氢键作用力，溶胀就容易。而当温度升高时，保水材料与水的氢键作用减弱，憎水作用增强而导致凝胶的溶胀行为缓慢，吸水率下降。

8、溶液pH 值对复合保水材料吸水行为的影响

用0.1 mol/L的NaOH和HCl分别配置pH>6和pH<6的不同pH值溶液，并用pH计精确测定。准确称取数份一定质量的干保水材料(m ₀)，分别浸入不同pH溶液中，使其吸水3 h后，过100目筛网滤除去多余的水，称重(m _t)，计算吸水率。

图8为溶液pH值对保水材料吸水率的影响。从图 8可以看出，保水材料在溶液pH < 4 或pH>11时吸水率较低，而在pH 4~10 之间吸水率较高，且变化较小，呈平台状。这是由于在较低的pH值溶液中，离子化的-COO^-、SO₃ ^2-转变为-COOH、SO₃H，使-COO^-间的排斥力减小，渗透压减小；另外，由于-COO^-的质子化，凝胶内部的可移动离子数量减少，使凝胶内外由于离子浓度差而产生的弹性压力下降；再者，质子化的-COOH、SO₃H之间及-COOH与羟基(OH)之间的分子内氢键作用力使得凝胶网络收缩，溶胀能力减小。在高pH值溶液中，碱溶液中过多Na⁺会对聚合物链形成“电荷屏蔽效应”和“离子交联”效应，也导致溶胀能力下降。在pH 4~10的溶液中保持吸水能力基本不变，是因为-COOH 的酸性解离常数pK _a约为4.5，所以当pH>4.5 时，完全解离，材料中的-COO^-和-COOH可形成缓冲体系，外界溶液pH值的变化起到一定缓冲作用。

9、不同pH溶液中的溶胀和消溶胀

将保水材料置于pH=6.3的溶液中溶胀一段时间（70 min），然后将其置于pH=2的酸性溶液中，溶胀的保水材料迅速发生退胀行为，且收缩速率比溶胀速率快很多，在几分钟内就可达到收缩平衡状态。将退胀的保水材料再次置于中性环境下时，仍具有良好的溶胀行为。多次循环之后，该保水材料具有良好的pH可逆性。这是由于中性环境下保水材料网络中的羧酸(-COOH)电离为羧酸根离子(-COO^-) ，导致网络中氢键被破坏，同时产生了静电排斥，因而材料表现为溶胀行为，具有较高的溶胀率。而在酸性环境下羧酸根离子结合氢离子(H⁺)又形成羧酸，这有利于氢键的形成，从而表现为退胀行为，具有较低的溶胀率。多次循环测试，其溶胀率基本呈周期性变化，表现出了较好的溶胀-退胀行为。表明该保水材料在pH值响应过程中表现出良好的重复性，具有较好的溶胀可逆性和稳定性。利用溶胀和消溶胀过程中保水材料表面孔洞尺寸变化形成的开-关，控制材料内外水分子的扩散，同时溶解于水中的物质随水分子被材料吸附或释放。当环境pH=6.3时，保水材料表面收缩形成一个薄的致密皮层，阻止水凝胶内部的水分和药物向外释放，水凝胶处于关闭状态；而pH=2时，皮层溶胀消失，保水材料处于开放状态，内部的水分恒速向外自由扩散释放。由此可见，本发明的复合保水材料具有pH敏感性和可逆溶胀行为，保水材料在不同pH中的溶胀和消溶胀是一对可逆过程，控制着保水材料的开-关效应。复合材料通过反复吸水测试，吸水量基本保持不变。证明该复合材料具有良好的吸水性能和重复利用性能。

10、耐盐性测试

准确称取0.5 g干保水材料置于不同浓度的盐溶液（KCl、NaCl、MgCl₂和CaCl₂）溶液中，90 min达到平衡后测量吸水量，评估其耐盐性。图10为保水材料在不同盐溶液中的耐盐性测试。结果表明，在0.1 mol/L的KCl、NaCl、MgCl₂、CaCl₂溶液中保水材料的吸水量分别达到131、120、22、4 g/g，具有良好的耐盐性能。

从图10可以看出，保水材料的吸水率随着外界盐溶液(KCl、NaCl、MgCl₂和CaCl₂)离子强度的增加而下降，这是由于保水材料在盐溶液中溶胀时，复合材料的网络中引入了盐溶液中的阳离子，对复合材料中的-COO^- 产生了电荷屏蔽效应，导致凝胶网络与外部溶液的渗透压差下降。另外，外部的离子进入材料网络内部之后可与聚合物网络中的-COO^-基团进行“离子交联”，增大了材料网络的有效交联密度，减小了可容纳水分子的网格空间，从而使溶胀能力下降。通过图10还可以看出，复合保水材料在单价阳离子盐溶液中的吸水率比在多价阳离子溶液中更高，吸水率顺序为： KCl>NaCl>MgCl₂>CaCl₂，而对于同一价态的阳离子(NaCl和KCl，CaCl₂和MgCl₂)，溶胀率变化不大；对于离子价态越高，吸水率越小，主要因为二价阳离子（Ca²⁺，Mg²⁺）比一价阳离子（K⁺，Na⁺）除了在材料内形成的离子交联作用增强，减少凝胶内外渗透压，同时，二价阳离子还可与材料中的羧酸根离子结合形成稳定的络合物，致使材料几乎不吸水溶胀。

综上所述，本发明相对现有技术具有以下有益效果：

1、本发明以羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸为原料，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中利用辉光放电电解等离子体（GDEP）引发聚合，一步制得羧甲基纤维素钠/聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸）共聚物保水材料—CMC/P（AMPS-co-AA），原料易得，制备工艺简单，合成成本低；

2、本发明制备条件温和（无需N₂），反应可控，不需加引发剂，避免了引发剂带来的二次污染；

3、本发明整个制备过程是在水溶液体系中进行，简化了复合保水材料的富集提纯工艺，减少了乳化剂对保水材料的污染，提高了复合保水材料的纯度，增强了其生物安全性；

4、保水材料具有较高的吸水性、较好的保水性、良好的耐盐性，而且吸水速率较快，适合沙漠化地区短时降雨的快速吸收，是一种性能优异的沙漠抗旱保水复合材料；

5、本发明制备的复合保水材料具有pH敏感性和pH可逆溶胀行为，同时具有反复吸水功能，因此可重复利用；

6、本发明制备的复合保水材料热稳定性较高，在200 ℃之前很难分解，因而适用范围较广。

附图说明

图1为CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料吸水前(a)、吸蒸馏水后(b)和吸0.1 mol/L NaCl后(c)的照片；

图2为CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料的SEM图；

图3为CMC(a)、P(AMPS-co-AA) (b)和CMC/P(AMPS-co-AA) (c)的红外光谱；

图4为CMC(a)、P(AA-co-AMPS)(b)和CMC/P(AA-co-AMPS)(c)的TG曲线；

图5为CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料的吸水动力学曲线；

图6为CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料的保水性能；

图7为CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料吸水率与温度的变化曲线；

图8为溶液pH值对保水材料吸水率的影响；

图9为不同pH溶液中的溶胀和消溶胀曲线；

图10为保水材料在不同盐溶液中的耐盐性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的内容并不限于所举的例子。

实验装置：包括高压电源和反应器。高压电源采用LW100J1直流稳压稳流电源（上海力友公司提供），电压范围为0~1000 V，电流范围为0~1 A。反应器由装有直径0.3~0.8 mm的铂丝阳极、直径3~7 mm的不锈钢阴极和回流冷凝管的三口瓶构成。阴阳极浸入液面的深度为0.5~1.5 mm，两电极之间的距离为10~20 mm，而且，反应器放入温度可控的油浴中，三口瓶中放入磁力搅拌子以保持溶液混合均匀。

实施例1

在250 mL的三口瓶中加入1 g CMC和70 mL的蒸馏水，在85 ℃左右糊化1 h，降至室温后加入0.1 g MBA、12 mL AA和2 g AMPS，搅拌30 min（搅拌速度120 r/min）；升温到90 ℃，接通电源，于540 V进行辉光放电8 min。停止放电，继续在90 ℃油浴中搅拌3 h后，冷却至室温，取出产品，剪碎至约2~5 mm。用水、乙醇反复洗涤去除未反应的原料，置于真空烘箱中在50℃干燥，研磨，即得到CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料。产率为75%。

性能指标如下：

吸水性能：40 min时吸蒸馏水的量约为1415 g/g，60 min时吸蒸馏水基本达饱和，最大吸蒸馏水的量为1870 g/g；60 min时吸自来水的量约为254 g/g；在0.1mol/L的氯化钠溶液中的吸水为114 g/g。

实施例2

在250 mL的三口瓶中加入1 g CMC和70 mL的蒸馏水，在90 ℃糊化0.5 h，降至室温后加入0.04 g MBA、10 mL AA和2 g AMPS搅拌30 min，升温到70 ℃接通电源，于550 V进行辉光放电8 min。停止放电，继续在70 ℃油浴中搅拌4 h后，冷却至室温，取出产品，剪碎至大约2~5 mm。用水、乙醇反复洗涤去除未反应的原料，置于真空烘箱中在50℃干燥，研磨，得到CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料。产率为73%。

性能指标如下：

吸水性能：40 min时吸蒸馏水的量约为1815 g/g，60 min时吸蒸馏水基本达饱和，最大吸蒸馏水的量为2125 g/g；60 min时吸自来水的量约为274 g/g；在0.1 mol/L的氯化钠溶液中的吸水为125 g/g。

实施例3

在250 mL的三口瓶中加入1 g CMC和70 mL的蒸馏水，在80 ℃糊化1 h，降至室温后加入0.065 g MBA、10 mL AA和2 g AMPS搅拌20 min，升温到60 ℃接通电源，于600 V进行辉光放电7 min。停止放电，继续在60 ℃油浴中搅拌4 h后，冷却至室温，取出产品，剪碎至大约2~5 mm。用水、乙醇反复洗涤去除未反应的原料，置于真空烘箱中在50℃干燥，研磨，得到CMC/P(AMPS-co-AA)保水材料。产率为79%。

性能指标如下：

吸水性能：40 min时吸蒸馏水的量约为1225 g/g，60 min时吸蒸馏水基本达饱和，最大吸蒸馏水的量为1460 g/g；60 min时吸自来水的量约为216 g/g；在0.1 mol/L的氯化钠溶液中的吸水为113 g/g。

Claims

1.利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法，是以羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸为原料，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中利用辉光放电电解等离子体引发聚合，得到果冻状交联产物；洗涤除去未反应的单体，干燥，粉碎，得到乳白色复合保水材料——羧甲基纤维素钠/聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酸）共聚物复合保水材料；

其具体工艺为：将羧甲基纤维素钠分散于其质量70 80倍的水中，加热到8090 ℃，糊化30 min60 min；降温至室温，加入羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，丙烯酸及交联剂，继续搅拌2030 min；升温到6090℃，在500 600 V的电压下进行辉光放电510 min；停止放电，继续搅拌35 h后，冷却至室温，得到果冻状交联产物；用水、乙醇反复洗涤除去未反应的单体，干燥，粉碎，得到乳白色复合保水材料；

所述羧甲基纤维素钠与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为1:1.51:3.0；所述羧甲基纤维素钠与丙烯酸的质量比为1:61:10。

2.如权利要求1所述利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法，其特征在于：所述交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸总质量0.3%1%。

3.如权利要求1所述利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法，其特征在于：所述干燥是在5070 ℃下真空干燥。

4. 如权利要求1所述利用辉光放电电解等离子体引发合成复合保水材料的方法，其特征在于：反应过程中搅拌速度为90120 r/min。